KR20150045625A

KR20150045625A - 전극조립체의 제조장치

Info

Publication number: KR20150045625A
Application number: KR20130125100A
Authority: KR
Inventors: 홍석용; 성기은; 이승배; 이원석
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-04-29
Also published as: KR101655507B1

Abstract

본 발명은 전해액이 전극의 측면으로 충분히 스며들 수 있는 구조를 갖는 전극조립체를 고속으로 제조할 수 있게 하는 전극조립체의 제조장치에 관한 것으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극조립체의 제조장치는: 전극과 분리막이 교대로 적층되어 있는 기본단위체를, 상기 기본단위체를 적층하기 위한 적층 매거진 상으로 공급하는 공급 유닛; 상기 적층 매거진과, 상기 적층 매거진을 특정 간격만큼 이송하는 컨베이어를 갖는 이송 유닛; 및 상기 적층 매거진에 적층되어 있는 복수 개의 기본단위체를 가압하여 부착하는 형성하는 프레싱 유닛;을 구비하며, 상기 전극조립체는 복수 개의 종류의 기본단위체를 적층하여 형성되고, 상기 공급 유닛은 상기 기본단위체의 종류의 개수와 동일한 개수만큼 구비되며, 상기 공급 유닛에 의하여 상기 기본단위체를 공급받는 대상이 되는 적층 매거진들 모두에 미리 정해진 개수만큼의 기본단위체가 적층되면 상기 컨베이어는 상기 적층 매거진을 복수 개의 공급 유닛의 배치 간격만큼 이송할 수 있다.

Description

전극조립체의 제조장치{Apparatus of manufacturing electrode assembly}

본 발명은 전극조립체의 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해액이 전극의 측면으로 충분히 스며들 수 있는 구조를 갖는 전극조립체를 고속으로 제조할 수 있게 하는 전극조립체의 제조장치에 관한 것이다.

이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 병렬형 하이브리드 전기자동차(PHEV) 등의 동력원으로서도 주목 받고 있는데, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력, 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 배터리 셀들을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.

그런데, 중대형 전지모듈은 가능한 한 작고 가볍게 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 가벼운 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다.

전지셀의 외장재 내에는 전극조립체가 수용되어 있으며, 일반적으로는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류된다.

대표적으로, 스택/폴딩형 전극조립체와, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체로 분류할 수 있다.

본 출원인의 한국공개특허 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있는 스택/폴딩형 전극조립체는, 양극/분리막/음극이 차례대로 적층된 구조인 풀셀(full cell)을 단위셀로 가지며, 복수 개의 풀셀이 긴 분리막 시트 상에 배치된 상태에서 풀셀들이 서로 겹쳐질 수 있도록 분리막 시트를 단위 길이만큼 반복적으로 권취하여 제조한다.

이와 같은, 스택/폴딩형 전극조립체의 경우 모든 풀셀의 외각이 분리막 시트에 의하여 둘러싸여 전극조립체의 구조를 이루는 각 층들 간의 상대위치가 고정되어 있기 때문에 전극조립체를 외장재에 수납하는 과정 중에 전극조립체를 이루는 각 층들 사이의 정렬이 쉽게 흐트러지지 않는다는 장점이 있다. 그러나, 전극조립체를 이루고 있는 각 풀셀의 측면은 분리막 시트에 의해 여러 겹 둘러 쌓이게 되므로, 전해액이 전극의 측면으로 충분히 스며들기 어려우며, 이로 인해 전지셀의 성능을 온전하게 발휘하기 어렵다는 문제가 있다.

또한, 전극조립체를 이루고 있는 각 풀셀의 측면을 여러 겹으로 둘러 쌓는 분리막 시트가 많은 공간을 차지하고 있기 때문에, 스택/폴딩형 전극조립체의 경우, 정해진 크기를 갖는 외장재에 수납되는 전극조립체의 전기용량이 그다지 높지 않다는 단점이 있다.

한편, 스택형 전극조립체는, 복수 개의 전극과, 복수 개의 분리막이 교대로 적층된 구조를 갖는다.

이와 같은 스택형 전극조립체의 경우, 통상적으로 분리막이 전극보다 가로 및 세로의 폭이 더 넓게 제조되며, 분리막의 가로 또는 세로의 폭에 대응되는 폭을 갖는 매거진 또는 지그에 분리막을 적층하고 그 위에 전극을 적층하는 단계를 반복적으로 수행하여 스택형 전극조립체를 제조하게 된다. 스택/폴딩형 전극조립체와는 달리 스택형 전극조립체는, 전극 및 분리막의 측면이 개방되어 있기 때문에 전해액이 적극의 측면으로 충분히 스며드는 데에 유리한 구조인 것은 사실이나, 각 전극 및 분리막의 상대위치가 고정되어 있지 않기 때문에 외장재에 전극조립체를 수납하는 과정 중에 각 층간의 정렬이 흐트러지기 쉬운 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 전극조립체의 측면을 고정용 테이프로 둘러싸서 각 층간의 정렬을 유지시키는 방법이 사용되는 경우가 있으나, 고정용 테이프 자체의 부피를 감안하여 외장재에 수납되는 전극조립체의 크기를 그만큼 작게 만들어야 하기 때문에 전지셀의 전기용량측면에 있어서 손해를 감수해야 하는 문제가 존재한다.

게다가, 스택/폴딩형 전극조립체의 경우, 전극조립체를 이루고 있는 각 층들 사이의 정렬을 최대한 유지한 상태에서 분리막 시트를 반복적으로 권취하는 과정에서 적지 않은 시간이 소요되며, 스택형 전극조립체의 경우, 전극조립체를 이루고 있는 각 층들을 일일이 적층하는 과정에서 많은 시간이 소요되므로, 위 두가지 타입의 전극조립체는 전극조립체의 고속제조에는 적합하지 않은 구조를 갖는다는 한계가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 전해액이 전극의 측면으로 충분히 스며들 수 있는 구조를 갖는 전극조립체를 고속으로 제조할 수 있게 하는 전극조립체의 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 전극조립체를 이루고 있는 각 층간의 정렬을 충분히 유지할 수 있으면서도 전해액이 전극의 측면으로 충분히 스며들 수 있게 하는 전극조립체를 제조하기에 적합한 구조를 갖는 전극조립체의 제조장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전극의 측면으로 전해액이 충분히 스며들 수 있으면서도 제한된 크기의 외장재에 높은 전기용량을 갖는 전극조립체의 수납을 가능하게 하는 전극조립체를 제조하기에 적합한 구조를 갖는 전극조립체의 제조장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극조립체의 제조장치는: 전극과 분리막이 교대로 적층되어 있는 기본단위체를, 상기 기본단위체를 적층하기 위한 적층 매거진 상으로 공급하는 공급 유닛; 상기 적층 매거진과, 상기 적층 매거진을 특정 간격만큼 이송하는 컨베이어를 갖는 이송 유닛; 및 상기 적층 매거진에 적층되어 있는 복수 개의 기본단위체를 가압하여 부착하는 형성하는 프레싱 유닛;을 구비하며, 상기 전극조립체는 복수 개의 종류의 기본단위체를 적층하여 형성되고, 상기 공급 유닛은 상기 기본단위체의 종류의 개수와 동일한 개수만큼 구비되며, 상기 공급 유닛에 의하여 상기 기본단위체를 공급받는 대상이 되는 적층 매거진들 모두에 미리 정해진 개수만큼의 기본단위체가 적층되면 상기 컨베이어는 상기 적층 매거진을 복수 개의 공급 유닛의 배치 간격만큼 이송할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전해액이 전극의 측면으로 충분히 스며들 수 있는 구조를 갖는 전극조립체를 고속으로 제조할 수 있게 하는 전극조립체의 제조장치를 제공할 수 있다.

또한, 전극조립체를 이루고 있는 각 층간의 정렬을 충분히 유지할 수 있으면서도 전해액이 전극의 측면으로 충분히 스며들 수 있게 하는 전극조립체를 제조하기에 적합한 구조를 갖는 전극조립체의 제조장치를 제공할 수 있다.

또한, 전극의 측면으로 전해액이 충분히 스며들 수 있으면서도 제한된 크기의 외장재에 높은 전기용량을 갖는 전극조립체의 수납을 가능하게 하는 전극조립체를 제조하기에 적합한 구조를 갖는 전극조립체의 제조장치를 제공할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전극조립체의 제조장치를 나타낸 개략 사시도이다.
도 2 내지 도 5는 전극조립체의 제조장치에 구비된 적층 매거진에 기본단위체가 적층되는 과정을 시계열적으로 나타낸다.
도 6은 접착 물질 도포 유닛에 의하여 전극조립체에 접착 물질이 도포되는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 7은 기본단위체에 구비된 분리막의 가장자리에 접착 물질이 도포되어 있는 상태를 나타낸다.
도 8은 기본단위체에 구비된 전극에 선 형상으로 접착 물질이 도포되어 있는 상태를 나타낸다.
도 9는 기본단위체에 구비된 전극에 점 형상으로 접착 물질이 도포되어 있는 상태를 나타낸다.
도 10은 적층 매거진에 적층된 복수 개의 기본단위체가 프레싱 유닛에 의하여 가압되기 전 상태를 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 전극조립체의 제조장치에 의하여 제조된 전극조립체의 일예를 나타낸다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명에 따른 전극조립체의 제조장치는, 기본단위체(110)를 적층하기 위한 적층 매거진(22) 상으로 기본단위체(110)를 공급하는 공급 유닛(10); 적층 매거진(22)과 컨베이어(24)를 갖는 이송 유닛(20); 및 적층 매거진(22)에 적층되어 있는 복수 개의 기본단위체(110)를 가압하여 부착하는 프레싱 유닛(30);을 구비할 수 있다.

기본단위체(110)는 전극과 분리막(112)을 라미네이팅 등의 방식을 이용하여 각 층의 상대 위치를 고정시켜 둔 구조체를 의미하며, 기본단위체(110)는 전극과 분리막(112)이 교대로 적층되어 있는 구조를 갖는다. 기본단위체(110)의 자세한 구조에 대해서는 후술하기로 한다.

기본단위체(110)에 구비되는 분리막(112)의 재질 및 특성에 따라, 기본단위체들(110)을 부착하는 접착 물질(G)이 필요하지 않은 경우도 있으나, 이하에서는 접착 물질(G)로 복수 개의 기본단위체들(110)을 부착하여 전극조립체(100)를 제조하는 경우를 예로 들어 설명하기로 하며, 이 경우, 상기 전극조립체의 제조장치는 접착 물질 도포 유닛(40)을 더 구비한다.

도 1을 참조하면, 공급 유닛(10)은 스톡 매거진(14)과, 로봇암(12)을 가지며, 공급 유닛(10)은 기본단위체(110)의 종류와 동일한 개수만큼 구비된다.

예컨대, 도 1에 도시된 실시예는 세 가지 종류의 기본단위체(110A, 110B, 110C)를 적층하여 전극조립체(100)를 제조하는 장치에 해당하므로, 이 실시예에는 세 개의 공급 유닛(10)이 구비된다. 이와 마찬가지로 두 가지 종류의 기본단위체(110)를 적층하여 전극조립체(100)가 제조되는 경우를 가정하면, 전극조립체의 제조장치에는 두 개의 공급 유닛(10)이 구비될 것이다.

각각의 공급 유닛(10)은 한 가지 종류의 기본단위체(110)만을 보관하고 있는 스톡 매거진(14)과, 한 가지 종류의 기본단위체(110)를 스톡 매거진(14)으로부터 적층 매거진(22)까지 공급하는 로봇 암(12)을 갖는다. 여기서 로봇 암(12)으로는 진공 흡착 타입이 채용될 수 있다. 이 경우, 로봇 암(12)은 스톡 매거진(14)에 쌓여 있는 기본단위체(110)에 진공을 인가하여 기본단위체(110)를 파지할 수 있고, 이 상태에서 로봇 암(12)이 적층 매거진(22) 상으로 기본단위체(110)를 이동시킨 후에 진공을 해제하면 기본단위체(110)가 적층 매거진(22)에 적층될 수 있다.

로봇 암(12)이 반드시 진공 흡착 방식이어야만 하는 것은 아니지만, 진공 흡착 방식을 이용한 로봇 암(12)이 채용된 경우에는, 기본단위체(110)의 표면에 손상을 가하지 않고서 이동시키는 데에 유리하다.

적층 매거진(22)의 개수는 공급 유닛(10)의 개수보다 더 많으며, 적층 매거진들(22) 중에서 공급 유닛(10)에 의하여 기본단위체(110)를 공급받는 대상이 되는 적층 매거진들(22) 각각에는 미리 정해진 개수만큼의 기본단위체(110)가 적층된다. 기본단위체(110)를 공급받는 대상이 되는 적층 매거진들 모두에 미리 정해진 개수만큼의 기본단위체(110)가 적층되면 컨베이어(24)는 적층 매거진(22)을 복수 개의 공급 유닛(10)의 배치 간격만큼 이송하는 특징을 갖는다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 하층으로부터 상층을 향하여 제1 기본단위체(110A)가 1개, 제2 기본단위체(110B)가 4개, 제3 기본단위체(110C)가 1개 적층되어 전극조립체(100)를 이루는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 5를 참조하여 자세하게 설명하도록 하며, 도 2 내지 도 5는 도 1의 S1 구간에서 공급 유닛(10)과 이송 유닛(20)을 바라본 모식도이다.

먼저, 도 2에 도시된 것과 같이 제1 기본단위체(110A)를 보관하고 있는 스톡 매거진(14-1)으로부터 로봇 암이 제1 기본단위체(110A)를 파지하여 적층 매거진(22-1)에 적층한다.

도 2는 전극조립체의 제조장치에 구비된 모든 적층 매거진(22)이 비어 있는 상태에서 처음으로 적층 매거진(22-1)에 제1 기본단위체(110A)가 적층된 상태에 해당한다. 컨베이어(24)가 적층 매거진들(22)을 도 2를 기준으로 오른쪽으로 이송하는 경우를 가정한다면 좌측의 적층 매거진(22-1)만이 기본단위체(110)를 공급받는 대상이 되는 것이고, 나머지 두 개의 적층 매거진들(22)은 기본단위체(110)를 공급받는 대상이 되지 않기 때문에, 도 2에 도시된 상태는 결국 공급 유닛(10)에 의하여 기본단위체(110)를 공급받는 대상이 되는 적층 매거진들 모두에 미리 정해진 개수만큼의 기본단위체(110)가 적층된 상태에 해당한다. 따라서, 컨베이어(24)는 적층 매거진들(22)을 D만큼 우측으로 이송한다.

도 3을 참조하면 도 2보다 적층 매거진들(22)이 D만큼 우측으로 이송된 상태로서, 도 2에서는 가장 좌측에 위치하였던 적층 매거진(22-1)이 중앙으로 이동하게 된다. 도 3은 이 상태에서 로봇 암(12-2)이 적층 매거진(22-1)에 4개의 제2 기본단위체(110B)를 적층하고, 로봇 암(12-1)은 적층 매거진(22-2)에 1개의 제1 기본단위체(110A)를 적층한 것에 해당한다. 도 3에서는 좌측의 적층 매거진(22-2)과 중앙의 적층 매거진(22-1)만이 기본단위체(110)를 공급받는 대상이 되는 것이고, 우측의 적층 매거진은 기본단위체(110)를 공급받는 대상이 되지 않기 때문에, 도 3에 도시된 상태는 결국 공급 유닛(10)에 의하여 기본단위체(110)를 공급받는 대상이 되는 적층 매거진들 모두에 미리 정해진 개수만큼의 기본단위체(110)가 적층된 상태에 해당한다. 따라서, 컨베이어(24)는 적층 매거진들(22)을 D만큼 우측으로 이송한다.

도 4를 참조하면 도 3보다 적층 매거진들(22)이 D만큼 우측으로 이송된 상태로서, 우측의 로봇 암(12-3)은 적층 매거진(22-1)에 1개의 제3 기본단위체(110C)를 적층하고, 중앙의 로봇 암(12-2)은 적층 매거진(22-2)에 4개의 제2 기본단위체(110B)를 적층하며, 좌측의 로봇 암(12-1)은 적층 매거진(22-3)에 1개의 제1 기본단위체(110A)를 적층한 것에 해당한다. 도 4에서는 세 개의 적층 매거진들(22-1, 22-2, 22-3) 모두가 기본단위체(110)를 공급받는 대상이 되는 것이며, 도 4에 도시된 상태는 기본단위체(110)를 공급받는 대상이 되는 적층 매거진들 모두에 미리 정해진 개수만큼의 기본단위체(110)가 적층된 상태에 해당한다. 따라서, 컨베이어(24)는 적층 매거진들(22)을 D만큼 우측으로 이송한다.

도 2 및 도 3에 도시된 상태는 전극조립체의 제조장치의 작동 개시 상태에 해당하므로, 하나 또는 두 개의 적층 매거진(22)만이 기본단위체(110)를 공급받는 대상이 되었으나, 전극조립체의 제조장치가 계속적으로 작동하여 정상상태(steady state)가 되면, 도 4에 도시된 것과 같이 세 개의 적층 매거진(22-1, 22-2, 22-3) 모두가 기본단위체를 공급받는 대상이 된다. 도 4와 같은 정상상태를 기준으로 하였을 때, 좌측의 적층 매거진(22-3)에 1개, 중앙의 적층 매거진(22-2)에 5개, 우측의 적층 매거진(22-1)에 6개의 기본단위체(110)가 적층되면 컨베이어(24)가 적층 매거진들(22)을 D만큼 이송한다.

도 5를 참조하면 도 4보다 적층 매거진들(22)이 D만큼 우측으로 이송된 상태인데, 우측의 로봇 암(12-3)은 적층 매거진(22-2)에 1개의 제3 기본단위체(110C)를 적층하고, 중앙의 로봇 암(12-2)은 적층 매거진(22-3)에 4개의 제2 기본단위체(110B)를 적층하며, 좌측의 로봇 암(12-1)은 적층 매거진(22-4)에 1개의 제1 기본단위체(110A)를 적층한 것에 해당한다. 이 상태는 좌측의 적층 매거진에 1개, 중앙의 적층 매거진에 5개, 우측의 적층 매거진에 6개의 기본단위체가 적층된 상태라는 점에 있어서 도 4의 상태와 동일하다. 결국, 전극조립체의 제조장치가 일단 정상상태에 돌입한 이후에는 좌측의 로봇 암(12-1)이 1개의 제1 기본단위체(110A)를, 중앙의 로봇 암(12-2)이 4개의 제2 기본단위체(110B)를, 우측의 로봇 암(12-3)이 1개의 제3 기본단위체(110C)를 적층 매거진(22)에 공급하는 과정이 완료되면 컨베이어가 D만큼 적층 매거진(22)을 이송하는 과정이 반복되면서 전극조립체(100)가 제조되며, 전극조립체(100)를 제조하기 위한 복수 개의 기본단위체들(110) 적층하는 과정을 자동화할 수 있다.

도 6은 접착 물질 도포 유닛에 의하여 전극조립체에 접착 물질이 도포되는 과정을 나타낸 모식도이다.

도 1 및 도 6을 참조하면 접착 물질 도포 유닛(40)은, 기본단위체(110)가 스톡 매거진(14)으로부터 적층 매거진(22)에 공급되기 전에 기본단위체(110)의 표면의 일부 영역에 접착 물질(G)을 도포할 수 있으며, 스톡 매거진(14)과 스톡 매거진을 마주보고 있는 적층 매거진(22) 사이에 위치할 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서는 두 개의 스톡 매거진(14-2, 14-3)에 대응되는 두 개의 접착 물질 도포 유닛(40)만이 마련되어 있고, 접착 물질 도포 유닛(40)은 기본단위체(110)의 하면에 접착 물질(G)을 도포하는 경우를 예시적으로 나타내고 있는 것으로서, 좌측의 로봇 암(12-1)에 의하여 파지되어 좌측의 스톡 매거진(14-1)으로부터 적층 매거진(22)에 공급되는 제1 기본단위체(110A)의 하면에 접착 물질(G)이 도포되지 않기 때문에 제1 기본단위체(110A)가 적층 매거진(22)에 들러 붙는 것이 방지된다. 또한, 도 6에 도시된 것과 같이 기본단위체(110)는 로봇 암(G)에 의하여 스톡 매거진(14)으로부터 적층 매거진(22)에 공급되는 과정 중에 접착 물질 도포 유닛(40)과 접촉하는 것에 의하여 접착 물질(G)이 도포될 수 있다.

물론 이는 본 발명의 예시적 실시예에 관한 설명으로서, 접착 물질 도포 유닛(40)이 서로 접촉하는 기본단위체들(110) 사이에 접착 물질(G)을 도포할 수 있되, 가장 하층에 쌓이는 기본단위체(110)가 적층 매거진(22)에 부착되지 않게 할 수 있다면 도 1 및 도 6에 도시된 것과는 다른 방식으로 접착 물질 도포 유닛(40)을 설치하는 것도 얼마든지 가능하다.

접착 물질 도포 유닛(40)의 위치가 고정되어 있는 상태에서 로봇 암(12)이 기본단위체(110)를 이동시키면서 접착 물질(G)을 도포하는 것도 가능하고, 이와 달리 로봇 암(12)이 기본단위체(110)를 파지한 채로 멈춰 있을 때 접착 물질 도포 유닛(40)이 움직이며 기본단위체(110)에 접착 물질(G)을 도포하는 것도 가능하며, 로봇 암(12)과 접착 물질 도포 유닛(40)이 모두 움직이면서 기본단위체(110)에 접착 물질(G)을 도포하는 것도 가능하다.

접착 물질 도포 유닛(40)은 도 7에 도시된 것과 같이 기본단위체(110)에 구비된 분리막(112)의 가장자리에 선(line) 형상으로 접착 물질(G)을 도포할 수 있고, 분리막(112)의 가장자리에 점(dot) 형상으로 접착 물질(G)을 도포할 수 있다.

한편, 접착 물질(G)은 분리막(112)을 개재한 채로 서로 마주보는 서로 다른 극성을 갖는 전극 사이에서 리튬 이온이 이동하는 통로를 막게 되므로, 접착 물질(G)을 이용하여 기본단위체들(110)을 부착하는 것은 전극조립체(100)의 전기 용량에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 이러한 관점에서 보았을 때, 도 7에 도시된 것과 같이 접착 물질 도포 유닛(40)이, 기본단위체(110)에 구비된 분리막(112)의 표면 중 전극과 겹쳐지지 않은 영역에 접착 물질(G)을 도포하는 경우에는 전극조립체(100)의 전기용량의 손실이 발생하지 않는 장점이 있다.

접착 물질 도포 유닛(40)은 도 8에 도시된 것과 같이 기본단위체(110)에 구비된 전극에 선 형상으로 접착 물질(G)을 도포할 수 있고, 도 9에 도시된 것과 같이 전극에 점 형상으로 접착 물질(G)을 도포할 수도 있다. 다만 이 경우, 앞서 살펴본 바와 같이, 접착 물질(G)이 전극조립체(100)의 전기용량에는 부정적인 영향을 미치게 된다. 따라서, 전기용량에 미치는 부정적인 영향을 최소화한 상태로 기본단위체들(110)을 부착하는 것을 가능하게 하기 위해서는 기본단위체(110)의 표면의 최소한의 영역에만 접착 물질(G)이 도포되는 것이 바람직하다.

또한, 접착 물질(G)은 도 9에 도시된 것보다 적은 횟수만큼 기본단위체(110)에 도포할 수도 있는데 이는 기본단위체들(110)을 접착하는 강도가 지나치게 높을 필요는 없기 때문이다.

보다 상세하게 설명하면, 제조 완료된 전극조립체(100)를 외장재에 수납한 상태에서는 외장재가 전극조립체(100)를 이루고 있는 각 구성들의 위치가 어긋나지 않도록 제한하는 역할을 충분히 수행할 수 있으며, 따라서, 전극조립체(100)를 외장재에 수납할 때까지만 전극조립체(100)를 이루고 있는 각 구성 간의 위치를 어긋나지 않게 유지하면 충분하다. 이러한 관점에서 보았을 때 접착 물질(G)은, 외장재에 수납할 때까지 기본단위체(110)를 이루는 각 구성들의 위치가 흐트러지지 않을 수 있게 하는 최소한의 영역에만 도포되는 것이 바람직하다.

마찬가지 이유로 기본단위체(110)의 표면에 선 형상으로 도포되는 접착 물질(G)은 도 7 및 도 8에 도시된 것보다 얇은 선 형상 또는 파선 형상으로 기본단위체(110)의 표면에 도포될 수 있다.

도 7 및 도 8를 참조하면, 접착 물질(G)의 도포 패턴은 서로 분리된 선을 이루고 있다는 것을 확인할 수 있는데 이와 반대로, 접착 물질(G)이 이루고 있는 선이 폐곡선(closed loop)이라면 서로 인접한 기본단위체들(110) 사이에 스며들어야 할 전해액이 폐곡선을 이루는 접착 물질(G)에 막혀서 충분히 스며들지 못하게 된다. 따라서, 접착 물질(G)은 기본단위체(110)의 표면에 개곡선(open loop)의 형상으로 도포되는 것이 바람직하다.

한편, 기본단위체(110)의 표면에 도포될 수 있는 접착 물질(G)은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물을 포함할 수 있는데, 바인더 고분자는 무기물 입자를 고정시킬 수 있으며 이로 인해 바인더 고분자 사이에 고정된 무기물 입자들 사이에는 소정의 기공 구조가 형성될 수 있다. 따라서, 접착 물질(G)이 도포된 영역을 통해서도 리튬 이온이 이동할 수 있게 된다. 접착 물질(G)이 이와 같은 성분을 포함하는 경우에는 접착 물질(G)을 전극의 표면 또는 분리막(112)의 중앙 부위에 도포하였을 때에도 전기용량의 손실이 발생하지 않게 된다.

다만, 이 경우에도 여전히 접착 물질(G)을 전극이나 분리막(112) 표면의 대부분의 영역에 도포하는 것은 바람직하지 않은데, 이는 접착 물질(G)이 넓은 면적에 도포되어 있는 경우에는 서로 인접한 기본단위체들(110) 사이에 전해액이 충분히 스며들기 어렵기 때문이다. 따라서, 접착 물질(G)이 리튬 이온을 통과시킬 수 있는 성분으로 제조되는 경우 및 통과시킬 수 없는 성분으로 제조되는 경우를 가리지 않고, 접착 물질(G)은 기본단위체(110)의 일면의 일부 영역에만 점 또는 선 형상으로 도포되는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 10을 참조하면, 프레싱 유닛(30)은 적층 매거진(22)에 적층되어 있는 복수 개의 기본단위체(110)를 가압하여 부착한다. 여기서 도 10은 도 1의 S2 구간에서 바라본 프레싱 유닛(30)의 모식도이다. 프레싱 유닛(30)은 도 5를 기준으로 하였을 때, 중앙의 적층 매거진(22-3)과 우측의 적층 매거진(22-2) 위에 각각 하나씩 위치할 수 있고, 이 경우, 중앙의 적층 매거진(22-3) 상에 위치한 프레싱 유닛은 제1 기본단위체(110A)와 제2 기본단위체(110B)가 모두 적층된 상태에서 기본단위체들(110)을 가압하여 부착할 수 있고, 우측의 적층 매거진(22-2) 상에 위치한 프레싱 유닛은 제1 기본단위체(110A), 제2 기본단위체(110B), 제3 기본단위체(110C)가 모두 적층된 상태에서 기본단위체들(110)을 가압하여 부착하여 전극조립체(100)를 제조할 수 있다.

다만, 프레싱 유닛(30)이 반드시 위와 같이 공급 유닛(10)에 대응되는 위치에 배치되어야만 하는 것은 아니고, 공급 유닛(10)보다 하류측에 배치되어도 무방하다. 또한, 3개의 종류의 기본단위체(110)를 적층하여 전극조립체(100)를 제조하는 경우라고 하더라도 반드시 2개의 프레싱 유닛(30)이 마련되어야만 하는 것은 아니고, 하나의 프레싱 유닛(30)이 기본단위체들(110)을 적층하여 전극조립체(100)를 제조하더라도 무방하다.

전극조립체(100)를 이루는 복수 개의 기본단위체들(110)의 부착 강도를 높이기 위해서 프레싱 유닛(30) 자체 또는 적층 매거진(22)은 복수 개의 기본단위체(110)에 열을 가할 수 있다.

프레싱 유닛(30)에 의하여 형성된 전극조립체(100)는, 배출 유닛(50)에 의하여 적층 매거진(22)으로부터 배출될 수 있다. 이 배출 유닛(50)은 프레싱 유닛(30)보다 컨베이어(24)의 하류 측에 위치하며, 예컨대, 전극조립체(100)를 흡착하여 들어 올릴 수 있는 파지 암과, 이 파지 암으로부터의 전극조립체(100)를 받는 적재함, 매거진, 또는 별도의 컨베이어 등을 구비할 수 있다.

컨베이어(24)로 순환형 컨베이어를 채용한 경우에는 적층 매거진(22)이 컨베이어(24)를 따라 일방향으로 이동하는 것에 의하여 결국 원위치로 돌아올 수 있게 되며, 이 경우, 전극조립체(100)가 배출되어 비어 있는 적층 매거진(22)은 공급 유닛(10)으로 되돌아 오게 되어 다시 기본단위체(110)를 적층하는 용도로 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 전극조립체의 제조장치에 의하여 제조된 전극조립체(100)의 구조에 대하여 설명하도록 한다.

예컨대, 기본단위체(110)는 한 가지 종류로 통일될 수도 있고, 이와는 달리 도 11에 도시된 것과 같이 분리막(112), 제1 전극(111), 분리막(112), 제2 전극(113), 분리막(112)으로 구성된 기본단위체(110A)와, 제1 전극(111), 분리막(112), 제2 전극(113), 분리막(112)으로 구성된 기본단위체(110B)와, 제1 전극(111), 분리막(112), 제2 전극(113), 분리막(112), 제1 전극(111)으로 구성된 기본단위체(110C)의 세 가지 종류의 기본단위체(110A, 110B, 110C)를 적층하여 전극조립체(100)를 제조하는 것도 가능하며, 두 가지 또는 세 가지 이상의 종류의 기본단위체(110)를 적층하여 전극조립체(100)를 제조하는 것도 가능하다.

전극과 분리막(112)을 교대로 적층한다는 것은, 제1 전극(111)과 직접 제2 전극(113)을 맞닿도록 적층하지 않는다는 것을 의미하는 것으로서, 층의 개수를 특정하는 것은 아니다. 따라서, 하나의 전극과 하나의 분리막(112)으로 이루어진 2층 구조도 전극과 분리막(112)이 교대로 적층되어 있는 기본단위체(110)의 일구조로 채택될 수 있다.

제1 전극(111)과 제2 전극(113)은 서로 반대의 극성을 갖는 전극을 구별하기 위하여 사용되는 용어로서, 제1 전극(111)이 양극이라면 제2 전극(113)은 음극이고, 제1 전극(111)이 음극이라면 제2 전극(113)은 양극이 된다.

지금까지는 접착 물질(G)로 복수 개의 기본단위체들(110)을 부착하여 전극조립체(100)를 제조하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 기본단위체들(110)을 부착하는 접착 물질(G)이 필요하지 않은 경우도 있다.

예컨대, 분리막(112) 표면의 대부분에 영역에 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물이 도포되어 있는 경우에는, 별도의 접착 물질(G)을 분리막(112) 또는 전극의 표면에 도포하지 않은 기본단위체들(110)을 적층 매거진(22)에 적층한 상태에서 프레싱 유닛(30)으로 가압하는 것만으로 전극조립체(100)를 제조할 수 있는데, 이 경우, 본 발명에는 접착 물질 도포 유닛(40)이 구비되지 않아도 무방하다.

바람직한 실시예를 통하여 예시적으로 설명한 본 발명에 따른 전극조립체의 제조장치에 따르면, 정지해 있는 적층 매거진(22)에 공급장치를 이용하여 복수 개의 기본단위체(110)를 적층한 후에 적층 매거진(22)을 미리 정해진 간격만큼 이동시키는 것에 의하여 기본단위체(110)의 적층 공정을 자동화 할 수 있고, 고속으로 전극조립체(100)를 제조할 수 있다.

또한, 접착 물질 도포 유닛(40)이 접착 물질(G)을 최소한의 영역에만 도포하여 기본단위체들(110)을 부착하기 때문에 전극조립체(100)를 이루고 있는 각 층간의 정렬을 충분히 유지시킬 수 있으면서도, 전해액이 기본단위체들(110) 사이에 충분히 스며들게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 별도의 고정용 테이프가 없더라도 전극조립체(100)를 이루는 각 층의 정렬 및 고정이 가능하기 때문에 고정용 테이프가 차지하는 공간에 대한 제약 없이 충분히 큰 사이즈의 전극조립체(100)를 제조할 수 있고, 이로 인해 제한된 크기의 외장재에 높은 전기용량을 갖는 전극조립체(100)를 수납시킬 수 있는 효과가 있다

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 공급 유닛 12 : 로봇 암
14 : 스톡 매거진 20 : 이송 유닛
22(22-1, 22-2, 22-3, 22-4) : 적층 매거진
24 : 컨베이어 30 : 프레싱 유닛
40 : 접착 물질 도포 유닛 50 : 배출 유닛
100 : 전극조립체 110(110A, 110B, 110C) : 기본단위체
111: 제1 전극 112: 분리막
113: 제2 전극 G : 접착 물질

Claims

전극과 분리막이 교대로 적층되어 있는 기본단위체를, 상기 기본단위체를 적층하기 위한 적층 매거진 상으로 공급하는 공급 유닛;
상기 적층 매거진과, 상기 적층 매거진을 특정 간격만큼 이송하는 컨베이어를 갖는 이송 유닛; 및
상기 적층 매거진에 적층되어 있는 복수 개의 기본단위체를 가압하여 부착하는 형성하는 프레싱 유닛;을 구비하며,
상기 전극조립체는 복수 개의 종류의 기본단위체를 적층하여 형성되고,
상기 공급 유닛은 상기 기본단위체의 종류의 개수와 동일한 개수만큼 구비되며,
상기 공급 유닛에 의하여 상기 기본단위체를 공급받는 대상이 되는 적층 매거진들 모두에 미리 정해진 개수만큼의 기본단위체가 적층되면, 상기 컨베이어는 상기 적층 매거진을 복수 개의 공급 유닛의 배치 간격만큼 이송하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 기본단위체가 상기 공급 유닛으로부터 상기 적층 매거진에 공급되기 전에 상기 기본단위체의 표면의 일부 영역에 접착 물질을 도포하는 접착 물질 도포 유닛을 더 구비하는 전극조립체의 제조장치.
제1항에 있어서,
각각의 공급 유닛은,
한 가지 종류의 기본단위체만을 보관하고 있는 스톡 매거진과, 한 가지 종류의 기본단위체를 상기 스톡 매거진으로부터 상기 적층 매거진까지 공급하는 로봇 암을 갖는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 로봇 암은 진공 흡착 타입인 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 스톡 매거진과 상기 스톡 매거진을 마주보고 있는 상기 적층 매거진 사이에 위치하며, 상기 기본단위체가 상기 스톡 매거진으로부터 상기 적층 매거진에 공급되기 전에 상기 기본단위체의 표면의 일부 영역에 접착 물질을 도포하는 접착 물질 도포 유닛을 더 구비하는 전극조립체의 제조장치.
제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 접착 물질 도포 유닛은 상기 기본단위체의 표면에 상기 접착 물질을 점(dot) 형상으로 도포하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 접착 물질 도포 유닛은 상기 기본단위체의 표면에 상기 접착 물질을 선(line) 형상으로 도포하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
제7항에 있어서,
상기 접착 물질 도포 유닛은 상기 기본단위체의 적어도 일면에 상기 접착 물질을 개곡선(open loop)의 형상으로 도포하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 접착 물질 도포 유닛은 상기 기본단위체에 구비된 분리막의 표면 중 상기 전극과 겹쳐지지 않은 영역에 상기 접착 물질을 도포하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 접착 물질 도포 유닛은 상기 기본단위체에 구비된 전극의 표면에 상기 접착 물질을 도포하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 접착 물질은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 프레싱 유닛보다 상기 컨베이어의 하류 측에 위치하며, 상기 프레싱 유닛에 의하여 형성된 전극조립체를 상기 적층 매거진으로부터 배출시키는 배출 유닛을 더 구비하는 전극조립체의 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 이송 유닛에 구비된 상기 컨베이어는,
상기 적층 매거진이 상기 컨베이어를 따라 일방향으로 이동하는 것에 의하여 원위치로 되돌아올 수 있게 하는 순환형 컨베이어인 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 프레싱 유닛 또는 상기 적층 매거진은 상기 적층 매거진에 적층되어 있는 복수 개의 기본단위체에 열을 가하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.